GIỚI THIỆU

Diode là linh kiện bán dẫn có một lớp tiếp giáp P–N, có vỏ bọc bằng thủy tinh, nhựa hoặc kim loại. Trên diode có hai điện cực: Anot (A) và Katot (K). Hình dạng một số loại diode được minh hoạt trên hình 1.

Hình 1. Hình dạng một số loại diode

PHÂN LOẠI

Diode được phân loại theo:

• Theo công nghệ chế tạo:
• Diode tiếp điểm: chỗ tiếp giáp P–N là một điểm rất nhỏ, chỉ cho dòng điện nhỏ đi qua, thường được dùng để tách sóng và trộn tần
• Diode tiếp mặt: chỗ tiếp giáp P–N có diện tích lớn, cho dòng điện lớn đi qua, thường được dùng để chỉnh lưu
• Theo chức năng:
• Diode chỉnh lưu: biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều
• Diode xung: cho phép làm việc ở tần số cao, thường được sử dụng nhiều trong các bo nguồn xung, thiết bị cao tần…
• Diode ổn áp (zener): cho phép dùng ở vùng điện áp đánh thủng mà không hỏng, được dùng để ổn áp điện một chiều
• Diode biến dung (varicap): sử dụng như một tụ điện có trị số điện dung điều khiển được bằng điện áp
• Diode tunnel: được chế tạo từ chất bán dẫn có nồng độ tạp chất rất cao có khả năng dẫn điện cả chiều thuận và chiều nghịch
• Diode cao tần: thường được dùng để tách sóng, trộn tần, điều biên…

KÝ HIỆU

Trong mạch điện tử diode thường được ký hiệu như hình 2.

Hình 2. Cấu tạo và ký hiệu của diode trong mạch điện
a) Diode; b) Diode xung; c) Diode ổn áp (zener)
d) Diode biến dung (varicap); e) Diode tunnel

THÔNG SỐ

a) Điện áp rơi (V_f): là điện áp rơi trên diode khi hoạt động, chúng bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố là vật liệu bán dẫn tạo nên tiếp giáp P–N và tổn thất trên điện trở có trong mạch.

b) Điện áp đánh thủng (V_{(BR) R}): là điện áp ngược tối đa mà điốt có thể chịu được, nếu vượt quá sẽ làm hỏng diode.

c) Dòng điện tối đa (I_F): là dòng điện cực đại chạy qua diode, khi dòng điện càng tăng lên thì nhiệt độ trên diode cũng tăng theo, vì vậy khi thiết kết mạch cần chú ý điểm này.

ỨNG DỤNG CỦA DIODE

Mạch chỉnh lưu

a. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

Hình 3. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

Nguyên lý hoạt động:

• Giả sử, nửa chu kỳ đầu U dương (trên +, dưới –), D1 phân cực thuận, dòng điện chạy từ dương nguồn của U qua D1, qua Rtai và về âm nguồn
• Nửa chu kỳ sau U âm (trên –, dưới +), D1 phân cực ngược, không có dòng điện chạy qua Rtai

Mạch có ưu điểm là đơn giản, nhưng nhược điểm có thể thấy rõ là chỉ có một nửa chu kỳ được sử dụng, nửa chu kỳ còn lại không được sử dụng, hiệu suất chuyển đổi không cao.

b. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Hình 4. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Nguyên lý hoạt động:

• Giả sử, nửa chu kỳ đầu, U1 dương (trên +, dưới –) và U2 âm (trên +, dưới –), D1 phân cực thuận và D2 phân cực ngược, dòng điện chạy từ dương nguồn của U1 qua D1, qua Rtai và về âm nguồn của U1
• Nửa chu kỳ sau, U1 âm (trên –, dưới +) và U2 dương (trên –, dưới +), D1 phân cực ngược và D2 phân cực thuận, dòng điện chạy từ dương nguồn của U2 qua D2, qua Rtai và về âm nguồn của U2

Mạch có ưu điểm là chỉnh lưu được toàn chu kỳ, nhưng yêu cầu phải có nguồn đối xứng, cồng kềnh.

b. Mạch chỉnh lưu cầu

Hình 5. Mạch chỉnh lưu cầu

Nguyên lý làm việc:

• Giả sử, nửa chu kỳ đầu, U dương (trên +, dưới –), dòng điện sẽ chạy từ dương nguồn của U, qua D1, qua Rtai, qua D3 và về âm nguồn
• Nửa chu kỳ sau, U âm (trên –, dưới +), dòng điện sẽ chạy từ dương nguồn của U, qua D2, qua Rtai, qua D4 và về âm nguồn

Mạch có ưu điểm là chỉnh lưu được toàn chu kỳ, chế tạo đơn giản chỉ cần 4 diode nên mạch được sử dụng rất nhiều trong chỉnh lưu.

Mạch ổn áp sử dụng diode zener

Diode zener có thể được sử dụng để tạo ra một điện áp ổn định với độ gợn thấp trong các điều kiện dòng tải khác nhau. Bằng cách cho một dòng điện nhỏ qua diode từ nguồn, thông qua một điện trở giới hạn dòng phù hợp (Rhd), diode zener sẽ dẫn dòng điện đủ để duy trì sự sụt áp của Ura.

Hình 6. Mạch ổn áp sử dụng diode zener

Ví dụ: Cần tạo một điện áp Ura = 5V từ nguồn U = 12V DC, công suất tối đa của diode zener chịu được là P_Z = 2W, chọn diode zener U_Z = 5V chúng ta sẽ tính các thông số:

Dòng điện cực đại chạy qua diode zener là:

I_Zmax = P_Z/U_Z = 2/5 = 0.4A = 400mA

Giá trị điện trở hạn dòng tối thiểu là:

Rhd = (U-Ura)/I_Zmax = (12-5)/0.4 = 17.5Ω

Với Rtai = 1kΩ, dòng điện chạy qua tải là:

Itai = U_Z/Rtai = 5/1000 = 0.005A = 5mA

Dòng điện I_Z khi có tải là:

I_Z = I_Zmax-Itai = 400mA-5mA = 395mA

Công suất tối đa của trở hạn dòng:

Phd = 17.5 × 0.4 = 7W

Do đó ta cần phải chọn điện trở có công suất tối đa ≥ 7W.